DE1673475B2 - Einrichtung zur umwandlung eines elektrischen eingangssignals in ein entsprechendes druckmittelsignal - Google Patents
Einrichtung zur umwandlung eines elektrischen eingangssignals in ein entsprechendes druckmittelsignalInfo
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Description
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 in »Bauelemente der Regelungstechnik« (Frede,
kennzeichnet, daß die Rückführmittel (20, 30, 40, 1961) Anwendungsbeispiele ivx pneumatische Ver-47;
60, 66, 70) eine Membran (30) enthalten, die stärker und elektropneumatische Wandler bekannt,
die Veränderungen der Höhe des Druckes in der Rs werden sogenannte Prallplatten verwendet, deren
Kammer (25) abtastet, ein Ventil (40), das auf Ersatz durch piezoelektrische Elemente möglich ist,
diese Veränderung anspricht, die Größe einer 40 aber zu nichtlinearen Einrichtungen führen würde.
Einlaßöffnung (45) für Speisedruck verändert und Das Fehlen einer Rückführung von Signalen und die
an einer Auslaßöffnung (46) einen Steuerdruck er- Nichtlinearität machen die Verwendung solcher Verzeugt,
und Mittel (40, 47; 60, 66, 70), die auf den stärker und Wandler für Steuerungszwecke unrnög-Steuerdruck
ansprechen und die Höhe der äuße- Hch.
ren Kraft auf die Platte (20; 50) variieren. 45 Der piezoelektrische Effekt, die Umwandlung einer
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- elastischen Deformation in eine elektrische Spannung,
kennzeichnet, daß die Platte (20) benachbart zu und die Umkehrung dieses Effektes, die Umwandlung
der Einlaßöffnung (27) angeordnet ist und daß die einer elektrischer. Spannung in eine elastische Deauf
den Steuerdruck ansprechenden Mittel (40, formation, sind bekannt. Ein Vorteil eines piezo-47)
den Druck an der Einlaßöffnung (27) vari- so elektrischen Elementes besteht darin, daß es ein konieren.
tinuierliches mechanisches Signal in Abhängigkeit
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- von einem nicht kontinuierlichen, elektrischen Signal
kennzeichnet, daß die auf den Steuerdruck an- liefern kann, und zwar auf Grund seiner kapazitiven
sprechenden Mittel (60, 66, 70) ein dehnbares Eingangsimpedanz. Damit ist es grundsätzlich mög-Element
(66) enthalten, Öffnungen (62, 63) und 55 lieh, mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes
Druckverstärker (60), die eine Seite dieses EIe- einen elektromechanischen Wandler aufzubauen, der
mentes (66) mit dem Steuerdruck beaufschlagen, eine Speichereinrichtung darstellt, also ein Signal
und eine mit dem dehnbaren Element verbundene auch noch dann abgibt, wenn ein Eingangssignal wic-Schubstange
(70), die die Platte (50) mit dem der verschwunden ist.
Rückkopplungsdruck beaufschlagt. 60 Piezoelektrische Elemente haben jederh gleich-
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- zeitig zwei unerwünschte Eigenschaften, die umgankennzeichnet,
daß die Einlaßöffnung (86) einen gen werden müssen, wenn die vorteilhaften Eigenverengten
Durchlaß aufweist und daß die Platte schäften ausgenutzt werden sollen.
(80) außerhalb der Kammer (85), benachbart zu Eine nachteilige Eigenschaft besteht darin, daß
dem Auslaß (83) angeordnet ist und den Flüssig- 65 piezoelektrische Elemente, die eine genügend aus-
keitsstrom von der Auslaßöffnung (83) her steuert. nutzbare Auslenkung (ζ. B. Biegung) liefern, nur sehr
geringe Kr?fte abgeben können. Eine andere nachteilige
Eigenschaft besteht in der Federcharakteristik
des piezoelektrischen Materials. Diese Federcharakteristik ist völlig nichtlinear und zeigt einen Hystereseeffekt,
so daß grundsätzlich eine genaue Signalumwandlung nicht möglich ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Einrichtung zur Umwandlung
eines elektrischen Eingangssignals in ein Druckmittelsignal zu schaffen, bei der ein piezoelektrisches
Element mit seinen Vorteilen verwendet ist, die Nachteile jedoch gleichzeitig vermieden sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kammer mit einer Auslaßöffnung und einer mit
einer Druckmittelquelle verbundenen Einlaßöffnung, durch wenigstens eine piezoelektrische Platte, die gegenüber
der Einlaßöffnung und/oder der Auslaßöffnung angeordnet und an deren Beläge das elektrische
Eingangssignal angelegt ist, derart, daß die piezoelektrische Platte in Abhängigkeit von dem elektrischen
Eingangssignal die EinlaßöTnung bzw. die Auslaßöffnung entsprechend unterschiedlich verschließt
und so den Druck in der Kammer ändert, durch Rückführmittel, die die piezoelektrische Platte
entgegen der piezoelektrischen Ablenkkraft mit einer äußeren Kraft beaufschlagen, die von der Höhe des
Druckes in der Kammer abhängt, und durch Abtastmittel, die mit der Kammer verbunden sind und das
umgewandelte Druckmittelsignal bilden.
Der Nachteil piezoelektrischer Elemente, daß sie nur geringe Kräfte liefern können, wird also durch
herkömmliche Druckmitteltechniken zur Erzeugung hoher Signalverstärkung ausgeglichen. Der Nachteil
der Nichtlinearität und des Hystereseeffektes wird durch eine nicru bekannte Technik vermieden, indem
nämlich eine Kraftrückführung über die Druckbeaufschlagung im Bereich der Einlaß- oder Auslaßöffnungen
auf das piezoelektrische Element erfolgt. Auf diese Weise werden die Nachteile vermieden und die
Vorteile eines piezoelektrischen Elementes ausgenutzt.
Durch diese Erfindung ist somit ein elektrischfluidischer
Wandler geschaffen, der ohne weiteres zur Steuerung der Flüssigkeitsd»uckpegel in Abhängigkeit
von einem diskontinuierlichen Eingangssignal, das z. B. am Ausgang eines Computers erscheint, verwendet
werden kann.
Um einen elektromechanischen Wandler zu bilden, der eine Ablenkung in jede Richtung ermöglicht,
kanu eine Mehrzahl piezoelektrischer Kristallplatten in Schichten angeordnet werden. Wenn solch ein
laminierter Kristallplattenaufbau nahe einer Fluidumsleitungsöffnung
verwendet wird, ist ein elektrisch gesteuertes Ventil gebildet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zum Abtasten des Druckpegels innerhalb der
Kammer und zum Erzeugen eines Druckmittelausgangssignals vorgesehen.
Die für den Rückkopplungseffekt notwendige Übertragung einer Rückführungskraft auf die piezoelektrische
Platte zur Kompensation der schlechten Federciiaraktenstik
dieser Platte kann in mechanischer Weise dadurch erreicht werden, daß die auf den
Steuerdruck ansprechenden Mittel ein dehnbares Element enthalten, öffnungen und Druckverstärker, die
eine Seite dieses Elementes mit dem Steuerdruck beaufschlagen, und ?ine mit dem dehnbaren Element
verbundene Schubstange, die die Platte mit dem Rückkopplungsdruck beaufschlagt.
Der erfindungsgemäße neuartige Rückführungsefiekt ist in vorteilhafter Weise auch ohne Zwischenschaltung
von Fluidumsverstärkern oder Membranen und Schubstangen dadurch erzielbar, daß die Einlaßöffnung
einen verengten Durchlaß aufweist und daß die Platte außerhalb der Kammer, benachbart zu dem
Auslaß, angeordnet ist und den Fluidumsstrom von der Auslaßöffnung her steuert.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Ausgangsdruckpegel in Abhängigkeit von Eingangs-
Signalschwankungen mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu steuern. Die Erfindung ermöglicht eine
Speisung mit diskontinuierlichen, verschlüsselten Impulseingangssignalen von einem Computer od. dgl.
Der Energieumwandler der vorliegenden Erfindung
kann dazu dienen, eine »Speicherung« zu bewirken, so daß der Auseangsdruckpegel für eine Zeitdauer
aiii einem angemessenen Wert zwischen verschiedenen
elektrischen Eingang^ignalen gehalten wird. In dieser Weise ist der neuartige Energieumwandler ge-
maß der vorliegenden Erfindung in der Lage, Informationen
aufzunehmen und zu speichern, die in dem Eingangssignal enthalten sind, so daß z. B. ein
Steuer-Signalgenerator mit anderen Elektro-Druck-Energiewandfern im Simultanzeit-multiplex-Betrieb
gefahren werden kann.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend in Ausführungsbeispielen an Hand
der Zeichnungen näht; erläutert werden. Es stellt dar
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Energieumwandlers, der die Erfindung veranschaulicht
und der die Umwandlung eines elektrischen Eingangssignals in ein Druckmittelsignal ermöglicht,
F i g. 2 einen schematischen Querschnitt einer zweiten Ausf'.irungsform der Erfindung,
F i g. 3 einen schematischen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 4 eine graphische Darstellung, die aufzeigt, wie diskontinuierliche Einlaßspannungsimpulse zur
Steuerung des Auslaßdruckpegels benutzt werden können, der durch die erfindungsgemäßen Energieumwandler
gebildet wird, und
F i g. 5 eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die erfindungsgemäßen Energieumwandler zur Schaf-
fung eines Ausgangsdruckpegels verwandt werden können, der proportional dem Integral einer Folge
von Stiumeingangsimpulsen ist.
Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ,vandelt ein an Klemmen 13 und 14 angelegtes elektrisches Signal
in einen entsprechenden Fluidumsdruck um, der an einem Ausgang 15 eines Verstärkers 16 für Fluidumsdruck
erscheint. Wird ein elektrisches Signal an die Klemmen 13 und 14 angelegt, so erscheint eine Spannung
über Platten 17 und 18 piezoelektrischer Kri-
stalle in einer Plattenanordnung 20. Die Flächen der Platten 17 und 18 sind mit einem leitenden Film beschichtet,
der die Elektroden der Plattenanordnung
20 bildet. Die Klemme 13 ist direkt mit einem Belag
21 verbunden, der die Platten 17 und 18 trennt, während die Klemme 14 über einen Widerstand 19 mit
den 3elägen auf den äußeren Flächen der beiden Platten 17 und 18 verbunden ist. Die Plattenanordnung
20 selbst ist an eines der Gehäuseteile 23 oder 24 festgeklemmt, die eine innere Kammer 25 bilden.
Es sind entsprechende Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um die Platten 17 und 18 von dem Gehäuse zu
isolieren. Die Kammer 25 ist mit einer Einlaßöffnung 27 für Druck und einer Auslaßöffnung 28 zur Ab-
leitung verschen. Die Auslaßöffnung 28 hat die Form halb der Kammer 25 zu einer wesentlich größeren
eines Durchlasses durch das Gehäuseteil 23. Der Änderung \1\ des Druckes an der Einlaßöffnung 27.
Druck innerhalb der Kammer 25 steht über eine OfT- Da somit die piezoelektrische Ablenkkraft die Plat-
nung26 im Boden des Gehäuseteils 24 mit der oberen tenanordnung 20 nach unten drückt, wird diese elck-
Fläche einer Membran 30 in Verbindung. Die Mem- 5 trisch hervorgerufene Kraft durch eine Verringe-
bran 30 ist mit ihrem Rand zwischen Gehäuscteilen rung F in der nach unten gerichteten Kraft ausge-
32 und 33 eingespannt. An die Unterseite der Mem- glichen, die durch die Druckdifferenz hervorgerufen
bran 30 greift ein federbelastetes Kolbenclement 34 wird, die zwischen der Einlaßöffnung 27 und der
an, das durch eine Wendelfeder 35 nach oben ge- Kammer 25 herrscht. Diese Verringerung kann sta-
drückt wird. An das Kolbenelement 34 ist ein Kugel- io tisch folgendermaßen ausgedrückt werden:
ventil 4 mittels eines Ventilstiftes 41 angebracht. Das __ , . _ ip \.
Kugelventil 40 kann sich auf einen Sitz auflegen, um at — (Δr, Λ f2)Λ
den Durchfluß von Speisedruck in das Gehäuseteil 33
den Durchfluß von Speisedruck in das Gehäuseteil 33
lüftet. AF = -A(G+I)AP2
Ein Druckanstieg innerhalb der Kammer 25 bewirkt, daß die Membran 30 und damit das Kugel- Infolgedessen bewirkt eine geringe Änderung A P2
ventil 40 nach unten gegen die aufwärts gerichtete des Druckes innerhalb der Kammer 25 einen beKraft
der Wendelfeder 35 gedruckt werden. Das Ku- 20 trächtlichen Abfall A F des von außen anliegenden,
gelventil 40 legt sich nach seiner Bewegung nach nach unten gegen die Plattenanordnung 20 gerichunten
auf einen Sitz an der oberen Kante einer Ein- teten Druckes. Wird die Verstärkung G ausreichend
laßöffnung 45 für den Speisedruck. Dabei bewegt groß gemacht, so bewirkt das Anlegen einer Spansich
das Kugelventil 40 von einer Auslaßöffnung 45/1 nung an die Plattenanordnung 20 eine sehr geringe
weg. Auf diese Weise wird der Fluidumsfluß durch 25 Änderung des Druckes P2 in der Kammer 25, und
die öffnungen 45 und 45/1 in Abhängigkeit von die Plattenanordnung 20 erfährt eine vernachlässigeinem
Druckanstieg innerhalb der Kammer 25 gc- bare Auslenkung, obwohl der Druckpegel P1 eine
ändert und somit der Fluidumsdruck an einer Aus- beträchtliche Änderung erfährt. Die Rückführungslaßöffnung
46 verringert. einrichtung gemäß F i g. 1 gleicht somit die elektrisch
Der Druck innerhalb der Kammer 25 ist allein 30 hervorgerufene Kraft in der piezoelektrischen Platdurch
den Eingangsdruckpegel an der Einlaßöffnung tenanordnung 20 gegen eine von außen angelegte
27 und den relativen Abmessungen des durch die Rückführungskraft aus, die im wesentlichen genau
Auslaßöffnung 28 gebildeten Durchlasses und dem AP1 entspricht. Die Folge davon ist, daß Ungenauig-Strömungsbereich
zwischen der Plattenanordnung 20 keiten, die sich andernfalls wegen der schlechten Fc-
und dem Auslaßende der eine Düse bildenden Ein- 35 dereigenschaften der Plattenanordnung 20 ergeben
laßöffnung 27 bestimmt. Biegt sich die Plattenanord- würden, kompensiert und im wesentlichen aufgewonung
20 von der Einlaßöffnung 27 durch Anlegen gen werden durch die viel größere, elektrisch hervoreiner
entsprechenden polarisierten Spannung an die gerufene Kraft und die Gegenwirkung der von außen
Platten 17 und 18 von der Einlaßöffnung 27 weg, so angelegten Rückführungskraft,
wird sich der Druck in der Kammer 25 vergrößern. 40 Von besonderer Bedeutung ist, daß weder die Der Druckanstieg beaufschlagt die Oberseite der Größe der negativen Verstärkung — G noch die anMembran 30 und bewegt den mittleren Teil der Mem- fängliche Lage der Plattenanordnung 20 kritisch sind, bran nach unten, wodurch der Kolben 34 und das Solange eine ausreichende Verstärkung verwendet Kugelventil 40 nach unten gedrückt werden, so daß wird, nimmt die Plattenanordnung 20 selbsttätig die dadurch die Einlaßöffnung 45 verengt und der an 45 passende Lage in bezug zu der von der Einlaßöffnung der Auslaßöffnung 46 erscheinende Steuerdruck vei- 27 dargestellten Düse ein, und danach wird sie nur ringen wird. Der Druckabfall kann in günstiger in vernachlässigbarem Maße abgelenkt.
Weise durch Fluidumsdruckverstärker 47 verstärkt Die Rückführungskraft, die die piezoelektrische werden. Der an der Auslaßöffnung 46 oder dem Ver- Platte beaufschlagt, kann in mechanischer Weise stärker 47 vorhandene Druck gelangt an die Einlaß- 5o durch die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform öffnung 27. Auf diese Weise bildet der sich ändernde der Erfindung zugeführt werden. Bei dieser Ausfüh-Düsendruck an der Einlaßöffnung 27 eine Rückfüh- rungsform ist eine piezoelektrische Platte 50 hebelrung über die Plattenanordnung 20, das Kugelventil artig in einer Kammer 52 befestigt, die durch das 40 und den zugehörigen Mechanismus und irgend- Innere eines Gehäuses 55 gebildet ist. Die Kammer einen zusätzlichen Verstärker 47. Der Druckpegel 55 52 ist über eine Einlaßöffnung 57 unter Druck gean der Einlaßöffnung 27 möge mit P1 und der Druck- setzt, die mit einer passenden Speisedruckquelle verpegel innerhalb der Kammer 25 mit P2 bezeichnet bunden ist. Durch das Gehäuse 55 verläuft eine Entwerden. Die Plattenanordnung 20 wird durch eine lüftungsöffnung 58, die die Kammer 52 mit der Umnach unten gerichtete Kraft F beaufschlagt, die gleich gebung verbindet. Durch das Gehäuse 55 führt außerdem Produkt des effektiven Düsenquerschnitts A der 60 dem eine Auslaßöffnung 59, die direkt mit dem EinEinlaßöffnung und dem Druckunterschied (P1 — P2) gang eines Fluidumsdruckverstärkers 60 verbunden ist. d. h.: ist. Die Auslaßöffnung 59 leitet den Druck innerhalb F-(P _ ρ W der Kammer 52 an den Eingang des Fluidumsdruck- ^ 1 - Verstärkers 60. Entweder der an einem Ausgang 62
wird sich der Druck in der Kammer 25 vergrößern. 40 Von besonderer Bedeutung ist, daß weder die Der Druckanstieg beaufschlagt die Oberseite der Größe der negativen Verstärkung — G noch die anMembran 30 und bewegt den mittleren Teil der Mem- fängliche Lage der Plattenanordnung 20 kritisch sind, bran nach unten, wodurch der Kolben 34 und das Solange eine ausreichende Verstärkung verwendet Kugelventil 40 nach unten gedrückt werden, so daß wird, nimmt die Plattenanordnung 20 selbsttätig die dadurch die Einlaßöffnung 45 verengt und der an 45 passende Lage in bezug zu der von der Einlaßöffnung der Auslaßöffnung 46 erscheinende Steuerdruck vei- 27 dargestellten Düse ein, und danach wird sie nur ringen wird. Der Druckabfall kann in günstiger in vernachlässigbarem Maße abgelenkt.
Weise durch Fluidumsdruckverstärker 47 verstärkt Die Rückführungskraft, die die piezoelektrische werden. Der an der Auslaßöffnung 46 oder dem Ver- Platte beaufschlagt, kann in mechanischer Weise stärker 47 vorhandene Druck gelangt an die Einlaß- 5o durch die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform öffnung 27. Auf diese Weise bildet der sich ändernde der Erfindung zugeführt werden. Bei dieser Ausfüh-Düsendruck an der Einlaßöffnung 27 eine Rückfüh- rungsform ist eine piezoelektrische Platte 50 hebelrung über die Plattenanordnung 20, das Kugelventil artig in einer Kammer 52 befestigt, die durch das 40 und den zugehörigen Mechanismus und irgend- Innere eines Gehäuses 55 gebildet ist. Die Kammer einen zusätzlichen Verstärker 47. Der Druckpegel 55 52 ist über eine Einlaßöffnung 57 unter Druck gean der Einlaßöffnung 27 möge mit P1 und der Druck- setzt, die mit einer passenden Speisedruckquelle verpegel innerhalb der Kammer 25 mit P2 bezeichnet bunden ist. Durch das Gehäuse 55 verläuft eine Entwerden. Die Plattenanordnung 20 wird durch eine lüftungsöffnung 58, die die Kammer 52 mit der Umnach unten gerichtete Kraft F beaufschlagt, die gleich gebung verbindet. Durch das Gehäuse 55 führt außerdem Produkt des effektiven Düsenquerschnitts A der 60 dem eine Auslaßöffnung 59, die direkt mit dem EinEinlaßöffnung und dem Druckunterschied (P1 — P2) gang eines Fluidumsdruckverstärkers 60 verbunden ist. d. h.: ist. Die Auslaßöffnung 59 leitet den Druck innerhalb F-(P _ ρ W der Kammer 52 an den Eingang des Fluidumsdruck- ^ 1 - Verstärkers 60. Entweder der an einem Ausgang 62
Wesen der negativen Druckverstärkung — G, die 65 des Fluidumsdruckverstärkers 60 liegende verstärkte
durch den von dem Kolben 34 und dem Verstärker Druck oder der Ausgangsdruck der Auslaßöffnung 59
47 betätigten Kugelventilmechanismus bewirkt wird, wird direkt einem Fluidumsdruckverstärker 64 zugeführt
eine kleine Änderung AP2 des Druckes inner- führt und beaufschlagt über eine öffnung 63 die
Unterseite einer Membran 66, deren Rand zwischen o^en gerichtete Druck, der von der Druckdifferenz
dem Gehäuse 55 und einem Gehäuseteil 67 einge- zwischen der Kammer 85 und dem Außendruck herspannt
oder in anderer Weise daran befestigt ist, das vorgerufen wird, die nach oben gerichtete Kraft gceine
Kammer 68 unterhalb der Membran 66 bildet. gen die Platte 80 und wirkt somit der elektrisch her-Wir-l
die Membran 66 nach oben gedrückt, so schiebt 5 vorgerufenen Kraft entgegen. Wit die Ausführungssie einen Kolben 69 und eine Schubstange 70 nach formen gemäü den Fig. L und 2 der Zeichnung weist
oben. Die Schubstange 70 verläuft durch eine zweite somit auch die Anordnung gemäß F i g. 3 eine Rückkleincrc
Membran 72, die einen Teil der Wandung führung auf, um die Platte mit einer äußeren Kraft
der Kammer 52 bildet. zu beaufschlagen, die von der Größe des Druckes
Wie im vorherigen Fall ruft ein an Klemmen 75 io innerhalb der Kammer 85 abhängt, und diese von
und 76 angelegtes, elektrisches Eingangssignal eine außen beaufschlagende Kraft wirkt gegen die clek-
in der Platte 50 erzeugte, innere, elektrisch induzierle trisch erzeugte Kraft.
Ablenkkraft hervor. Biegt sich die Platte 50 von der Die Größe der elektrisch hervorgerufenen Kraft
Einlaßöffnung 57 weg, so erhöht sich der Druck in bei jeder der Ausführungsformen gemäß den F i g. 1
der Kammer 52. Der Druckanstieg wird durch einen 15 bis 3 ist direkt proportional der über den Platten der
oder mehrere Fluidumsdruckverstärker 60 verstärkt piezoelektrischen Plattenanordnung angelegten Span-
und gegen die Unterseite der Membran 66 geführt nung. Die Plattenanordnung jeder dieser Ausfüh-
oder direkt zu der Membran zurückgeführt, wodurch rungsformen besteht aus wenigstens einem Paar von
die Schubstange 70 gegen die Platte 50 gedrückt und piezoelektrischen Schichten und verhält sich elcksomit
der ursprünglichen Auslenkung entgegen- 20 trisch im Ruhezustand wie eine einfache Kapazität,
gewirkt wird. Wie bereits in Verbindung mit der Diese effektive Kapazität ist durch einen gestrichelt
Fig. 1 besprochen, verhindert die von außen ange- dargestellten Kondensator 100 in Fig. 1 verdeutlegte,
gegen die Platte 50 gerichtete Rückführungs- licht. Wird die Platte durch eine unterbrochene, gekraft
eine merkliche Auslenkung der Platte, wenn schaltete Spannungsquelle gespeist, so bewirkt die
diese mit einem elektrischen Speisesignal beaufschlagt 25 über dem piezoelektrischen kristallinen Material gewird.
Wie bei der vorherigen Ausführungsform wer- speicherte Ladung, daß die Platte in ihrer Lage gcden
die unerwünschten Wirkungen der unvollkoni- halten wird, auch wenn die angelegte Spannung durch
menen Federeigenschaften der Platte 50 entsprechend öffnen des Schalters verschwindet. Somit können, wie
verringert. in F i g. 4 dargestellt, Spannungsimpulse von einer
Wie aus der in F i g. 3 dargestellten Ausführungs- 30 Wechselspannungsquelle dazu verwendet werden, um
form zu entnehmen ist, kann der erfindungsgemäße den durch die Erfindung angegebenen Wandler in
neuartige Rückführungseffekt auch ohne Verwendung solcher Weise zu betätigen, daß der Wandler eine
zwischengeschalteter Fluidumsdruckverstärker erzielt wirksame Speicherwirkung hat. Das heißt, daß. nachwerden.
Die Anordnung gemäß F i g. 3 stellt im we- dem einmal ein Druckpegel hergestellt ist, dieser
sentlichen den Mechanismus eines Entlüftungsventils 35 Druckpegel aufrechterhalten wird, selbst wenn die
dar, bei dem eine piezoelektrische Platte 80 gegen- Speisespannung verschwindet. Der in F i g. 4 dargeüber
einer Auslaßöffnung 83 angeordnet ist, die mit stellte Verlauf des elektrischen Impulses erze ,gt soeiner
Kammer 85 mit gesteuertem Druck in Verbin- mit einen Verlauf eines Ausgangsdruckes, der durch
dung steht. Die Kammer 85 wird über eine verengte eine gestrichelte Linie angegeben ist. Der tatsächliche
Einlaßöffnung 86 unter Druck gesetzt. Der Druck- 40 Verlauf der Spannung über den Platten ist natürlich
pegel innerhalb der Kammer 85 wird durch einen zu jeder Zeit dem Druckpegel proportional.
Ausgangsfluidumsverstärker 90 abgenommen, der an Da sich die Platte wie eine elektrische Kapazität eine Abtastöffnung 91 angeschlossen ist. Normaler- verhält, kann der Wandler ebenfalls durch Stromweise drückt der Druck in der Kammer 85, der grö- impulse betrieben werden, derart, daß der Verlauf des ßer als der Umgebungsdruck ist, die Platte 80 nach 45 Ausgangsdruckes proportional dem Integral des Veroben. Wird ein elektrisches Eingangssignal an Ein- laufs des angelegten Stromes ist, wie das in F i g. 5 gangsklemmen 92 und 93 angelegt, die mit der Platte dargestellt ist. Ganz gleich, welche Ströme in den 80 verbunden sind, so biegt sich das Ventil je nach Wandler fließen, immer wird die über den Platten der Polarität der angelegten Spannung zu der Aus- gespeicherte Ladung stufenweise erhöht, was zu einem laßöffnung 83 hin oder davon weg. Drückt die elek- 50 Anstieg des Ausgangsdruckes führt. Negativ gerichtrisch erzeugte Deformation der Kristalle innerhalb tete Stromimpulse verringern die gespeicherte Ladung der Platte 80 das Ende der Platte 80 in Richtung auf und senken somit entsprechend den Ausgangsdruckdie Auslaßöffnung 83, so steigt der Druck innerhalb pegel ab. Diese beiden Wirkungen sind in Fig. 5 der Kammer 85 an. Infolgedessen vergrößert der nach veranschaulicht.
Ausgangsfluidumsverstärker 90 abgenommen, der an Da sich die Platte wie eine elektrische Kapazität eine Abtastöffnung 91 angeschlossen ist. Normaler- verhält, kann der Wandler ebenfalls durch Stromweise drückt der Druck in der Kammer 85, der grö- impulse betrieben werden, derart, daß der Verlauf des ßer als der Umgebungsdruck ist, die Platte 80 nach 45 Ausgangsdruckes proportional dem Integral des Veroben. Wird ein elektrisches Eingangssignal an Ein- laufs des angelegten Stromes ist, wie das in F i g. 5 gangsklemmen 92 und 93 angelegt, die mit der Platte dargestellt ist. Ganz gleich, welche Ströme in den 80 verbunden sind, so biegt sich das Ventil je nach Wandler fließen, immer wird die über den Platten der Polarität der angelegten Spannung zu der Aus- gespeicherte Ladung stufenweise erhöht, was zu einem laßöffnung 83 hin oder davon weg. Drückt die elek- 50 Anstieg des Ausgangsdruckes führt. Negativ gerichtrisch erzeugte Deformation der Kristalle innerhalb tete Stromimpulse verringern die gespeicherte Ladung der Platte 80 das Ende der Platte 80 in Richtung auf und senken somit entsprechend den Ausgangsdruckdie Auslaßöffnung 83, so steigt der Druck innerhalb pegel ab. Diese beiden Wirkungen sind in Fig. 5 der Kammer 85 an. Infolgedessen vergrößert der nach veranschaulicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Einrichtung zur Umwandlung eines elektri- Die Möglichkeit, Flüssigkeitsdriicke durch elekschen
Eingangssignals in ein entsprechendes 5 irische Signale fehlerfrei zu steuern, ist für eine große
Druckmittelsignal, gekennzeichnet durch Anzahl von Systemen wünschenswert. Die typischsten
eine Kammer (25; 52; 85) mit einer Auslaßöff- darunter sind Steuersysteme für RafÜLsrieanlagen,
nung (28; 59; 83) und einer mit einer Druck- Rohrleitungseinrichtungen und chemische Betriebe
mittelquelle verbundenen Einlaßöffnung (27; 57; und hydraulische Steuersysteme für eine Vielzahl von
86), durch wenigstens eine piezoelektrische Platte io Anwendungsmöglichkeiten. Um diesen Bedarf zu be-(17,18,
20; 50; 80), die gegenüber der Einlaßöff- friedigen, wurden VentUeinrichtungen konstruiert, die
nung (27; 57) und/oder der Auslaßöffnung (28; elektrisch betätigte Magnetspulen, Motoren u. dgl.
83) angeordnet und an deren Beläge (21, 22) das verwenden. Während diese Einrichtungen oft höchst
elektrische Eingangssignal angelegt ist, derart, daß günstig hinsichtlich ihres vorgesehenen Zweckes sind,
die piezoelektrische Platte in Abhängigkeit von 15 haben ihr Raumbedarf, ihre Kosten und ihre Komplidem
elektrischen Eingangssignal die Einlaßöffnung ziertheit zusammen mit ihrem Unveimögen, eine
bzw. die Auslaßöffnung entsprechend unterschied- höchst fehlerfreie Flüssigkeitsdrucksteuerung zu erlich
verschließt und so den Druck in der Kammer reichen, den Umfang der Anwendung einer elektriändert,
durch Rückführmittel (20, 30, 40, 47; 60, sehen Steuerung von Flüssigkeitsdruck eingeschränkt.
66, 70), die die piezoelektrische Platte (17, 18, 20 Die Entwicklung der elektronischen Steuertechniken
20; 50; 80) entgegen der piezoelektrischen Ab- hat jedoch neuerdings den Bedarf für einfache, fehlerlenkkraft
mit einer äußeren Kraft beaufschlagen, frei arbeitende, elektrisch-fluidische Wandler erhöht,
die von der Höhe des Druckes (P 2) in der Kam- Durch das Buch »Kleines Handbuch technischer
mer (25; 57; 85) abhängt, und durch Abtastmittel Vorgänge« (Of pelt, 1956) sind elektrisch-mecha-(30,
40, 16. 15), die mit der Kammer verbunden as nische Einrichtungen bekannt, die jedoch nicht zur
sind und das umgewandelte Druckmittelsignal Umwandlung elektrischer Signale in Druckmittelbilden,
signale dienen können. Da bei diesen Einrichtungen
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- das Ausgangssignal verschwindet, wenn das Eingangskennzeichnet,
daß die Platte (20) wenigstens signal verschwindet, wird kein Speichereffekt erzielt,
einen piezoelektrischen Kristall enthält sowie 30 Da außerdem keine Maßnahmen getroffen sind, um
Kontaktflächen und daß üb^r die Beläge (21, 22) nichtlineare Effekte zu kompensieren, und keine
der Kristall in Abhängigkeit von dem elektrischen Rückführung von Signalen vorgesehen ist. ist keine
Eingangssignal einem elektrischen Feld aussetz- Steuerwirkung erreichbar.
bar ist. Daneben sind in der obigen Literaturstelle und
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